微機械陀螺的動力學(xué)特性研究.pdf

1、與傳統(tǒng)陀螺相比,微機械陀螺具有體積小、重量輕、成本低等特點,因而具有廣泛的應(yīng)用前景。在微機械陀螺的研究中,陀螺的靈敏度和分辨率的提高始終是人們追求的主要目標(biāo)。目前,有關(guān)微機械振動式陀螺的動力學(xué)特性測試的結(jié)果很多,而與微機械振動式陀螺設(shè)計相關(guān)的動力學(xué)特性的定量結(jié)果卻很少見。本文主要對微機械陀螺的動力學(xué)特性進行研究,采用有限元對其進行模擬,分析其主要幾何尺寸對其固有頻率的影響。根據(jù)陀螺驅(qū)動模態(tài)頻率和檢測模態(tài)的頻率匹配,優(yōu)化了其結(jié)構(gòu)尺寸。本論

2、文的主要工作包括:(1)建立微機械振動式陀螺的動力學(xué)方程,分析動力學(xué)方程中的剛度系數(shù)以及阻尼系數(shù)。(2)微機械振動式陀螺中靜電力的作用:給出梳狀靜電驅(qū)動器的驅(qū)動力大小計算公式,分析靜電的負(fù)剛度效應(yīng)、靜電負(fù)阻尼效應(yīng)和靜電吸和現(xiàn)象。(3)進行靜電驅(qū)動電容檢測微機械振動式陀螺的動力學(xué)特性分析:根據(jù)拉哥郎日方程建立微機械陀螺的動力學(xué)方程,分析其動力學(xué)特性,給出其靈敏度及其線性度的計算公式,考慮諧波角速度輸入時其帶寬特性。并對不同頻率匹配下的帶寬

3、特性進行模擬。(4)微機械陀螺中的主要誤差及噪聲分析:根據(jù)微機械振動式陀螺的動力學(xué)方程,分析微機械振動式陀螺的誤差及噪聲特性,并分析殘余應(yīng)力對微機械振動式陀螺的性能影響。(5)微機械振動式陀螺的有限元模擬:用ANSYS對微機械振動式陀螺進行了模擬,并分析其主要幾何尺寸對其固有頻率的影響。根據(jù)陀螺驅(qū)動模態(tài)頻率和檢測模態(tài)的頻率匹配,優(yōu)化其結(jié)構(gòu)尺寸。本論文通過對微機械振動式陀螺的動力學(xué)特性分析,得出如下結(jié)論:微機械振動式陀螺要同時具有高的帶寬

4、和高的靈敏度性能,它的驅(qū)動頻率應(yīng)與驅(qū)動模態(tài)的固有頻率一致,驅(qū)動模態(tài)固有頻率和檢測模態(tài)固有頻率必須有一定的偏差:同時它的驅(qū)動模態(tài)和檢測模態(tài)的阻尼要盡量的小。并給出微機械振動式陀螺的靈敏度計算公式以及非線性度的計算公式。通過有限元分析得到了微機械振動式陀螺驅(qū)動模態(tài)固有頻率和檢測模態(tài)固有頻率隨其主要結(jié)構(gòu)尺寸變化的規(guī)律。通過優(yōu)化陀螺的結(jié)構(gòu)尺寸,使其驅(qū)動模態(tài)頻率和檢測模態(tài)的頻率匹配,并為結(jié)構(gòu)改進和制備藝提供理論基礎(chǔ)。這對微機械振動式陀螺的設(shè)計具有